Evaluation of Thermochemical Energy Storage Performance of Fe-/Mn-Doped, Zr-Stabilized, CaO-Based Composites under Different Thermal Energy Storage Modes

材料科学 热能储存 储能 热稳定性 复合材料 兴奋剂 化学工程 热力学 光电子学 功率(物理) 物理 工程类
作者
Jian Sun,Shengbin Bai,KeKe Li,Yue Zhou,Yuning Chen,Lei Liu,Zijian Zhou
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (4): 4903-4915 被引量:70
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c00303
摘要

CaCO 3 /CaO materials possess the advantages of low cost, high energy storage density, and working temperature, which offer these materials the potential to be used in thermochemical energy storage systems for concentrated solar power plants. However, CaCO 3 /CaO materials possess poor antisintering and optical absorption abilities, largely limiting their practicability for direct solar utilization. In this study, binary ion doping of Fe/Mn and Zr-based stabilizer incorporation were simultaneously conducted to improve the cyclic thermal energy storage/release performance of CaCO 3 /CaO materials. The spectral absorbance of synthetic CaO-based composites (ranging from 77.8% to 84.0%) doped with binary ions of Fe/Mn is greatly increased in comparison to that of pure CaO (∼12.2%) due to the generation of black Ca 2 Fe 2 O 5 and Ca 4 Mn 3 O 10 . The cyclic thermal energy storage/release performances of synthetic CaO-based composites were comparatively investigated under two thermal energy storage modes (CSP-N 2 and CSP-CO 2 ). The Zr-doped, CaO-based composites exhibit a cycling stability superior to those of Zr-free CaO-based composites due to the generated inert CaZrO 3 with desirable antisintering ability, and the superiority is more prominent under CSP-CO 2 mode. After 50 cycles, the CaO-based composite with a molar ratio of Ca:Zr = 100:6.7 exhibits a remarkably stable energy release density of 1.02 MJ/kg under CSP-CO 2 mode, retaining 88.9% of its initial energy release density.

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